高功率密度与高可靠性：打开尚阳通布局服务器、数据中心的“武器库”
View: 1423 / Time: 2022-03-07
二月底，我国从国家战略、技术发展、能源政策等多方面出发，在“新基建”的大背景下，启动了一项至关重要的国家工程——“东数西算”工程，首次将算力资源提升到水、电、燃气等基础资源的高度，统筹布局建设全国一体化算力网络国家枢纽节点。
目前我国数据中心规模已达500万标准机架，算力达到130EFLOPS（每秒一万三千亿亿次浮点运算），ICT research研究显示，当前中国数据中心每年新增投资规模在1800—2000亿元人民币左右。可以预见，有“东数西算”这一算力基础设施化的高瞻远瞩，我国服务器和数据中心建设将别开生面。功率半导体为电力供应提供“血液”和“脊髓”，这一领域诞生了很多高级玩家，如大陆的长城、欧陆通以及我国台湾地区的台达、光宝、群光等企业。打开该赛道的活跃者和极为重要的参与者的“群芳谱”，我们发现其中还有一个重要的名字——深圳尚阳通科技有限公司（以下简称“尚阳通”）。集微网就尚阳通在服务器和数据中心这一重要细分应用场景中的技术探索、市场布局、生态建设以及一站式解决方案等问题，专访了尚阳通公司高压事业部副总王彬。
如前所述，在“东数西算”这一顶层设计的驱动下，国内的数据中心和服务器市场处于快速增长期，终端互联网公司、大型企事业单位都有大量自建数据中心的需求。考虑到数据中心和服务器电源中会有大量功率器件需求占比，势必会推动该应用场景对功率半导体需求的爆发式增加；同时数据中心是耗能大户，对服务器电源的效率要求越来越高，也对半导体器件的性能有了更深层次的标准制定体系，其次对可靠性、长期工作寿命有明确的规定性，也对半导体器件提出了更高的本质要求。目前，尚阳通在大陆的主要服务器电源客户中，已经批量供货，终端客户包括了像字节跳动、百度等明星级的互联网公司。有关服务器和数据中心市场在功率半导体的独特性“落地”需求，王彬对集微网做了较为全面的分析。毫无疑问，大型服务器和数据中心对功率半导体的性能匹配度绝对高于移动端或者桌面服务器等消费类产品，这主要体现在这样两点：“首先，大型的数据存储系统无法承受断电这种突发状况，需要持续供电；其次服务器和数据中心的CPU能源供给时常会面临从不运行到极短时间内满载的状况。从空载到满载，这个时间差是极为短暂的，长的话以毫秒为单位，短的话可能也就是几个微秒，这对瞬态的功率循环要求是非常高的。”笼统地讲，大型服务器和数据中心的功率半导体性能属于工业级别，其对稳定性和可靠性，包括对环境耐受度的性能要求介于较低的消费级和较高的车规级之间，但王彬特别点出，功率器件性能需求必须要紧密结合应用场景来判断，而不能抽象地下结论：“按照一般认知，数据中心对功率半导体的应用可靠性比车规级低一些，但数据中心服务器电源后端直接就是CPU运算单元，它对可靠性的要求仍然比一般的工业级的其他应用要高很多，从空载到满载如此短暂的过程对功率器件的冷热循环冲击是非常高的，对这方面的性能需求比汽车应用还要高。”找准应用场景的“痛点”，尚阳通就可以进一步对应用场景所需的技术knowhow开出精准的布局“药方”。相比于通信电源、车用以及智能家居，尚阳通在切入数据中心和服务器市场赛道时，所积累的高端功率半导体器件的研发和生产得到了大显身手的机会。在这片独特的“战场”上，尚阳通一直采用领先的超结MOS技术，SGT MOS技术；其产品更匹配适用于高效、高功率密度、高可靠性的电源应用场合，近乎完美地满足了数据中心服务器电源对可靠性和能效的要求。数据中心往往需要大量的电力，对电源能效和可靠性的要求也比较高，尚阳通围绕这一难点，在推出高压SJMOS时的设计研发，深度考虑了客户的实际应用需求，采用国内最先进的技术工艺代，可以提供客户最新代的产品，而且尚阳通的高压SJMOS具有更低的导通电阻和更优化的结电容曲线。纵观功率半导体各类细分市场，碳化硅在服务器电源中的应用相对比较早。得益于碳化硅极小的反向恢复损耗（其相较于普通FRD产品），SiC SBD较早便取代了PFC中的硅二极管，显著提高了PFC的效率，一般情况下，SiC二极管极大降低了反向恢复损耗，可以提升电源效率1-2%。对此，尚阳通设计的SiC SBD，继承了动态上无反向恢复的优势，同时降低了高温VF 特性，可以进一步提高电源效率；同时具有更好的浪涌能力，满足客户在雷击瞬态的安全要求。除此之外，大型数据中心电源管理要求高冗余或高容量特性，尚阳通Oring MOS在解决这个问题时也有着很强的市场竞争力。对此，王彬阐述：“Oring MOS是服务器电源输出端的非常关键的器件——是整个系统中电源最后一个安全管理器件。尚阳通30V产品在服务器电源上应用，得到了客户非常高的评价，产品非常皮实耐用。尚阳通设计的产品具有高可靠，高耐受冲击的考量，使得客户在异常使用环境中得到了很好的保护。”综上所述，尚阳通在服务器电源中可以提供高压超结MOS、中低压SGTMOS、SiC SBD等全套功率器件解决方案，产品的设计均面对高端电源客户。尚阳通在一站式解决方案布局总体规划中的杀手级产品很多，颇能体现产品性能之处还包括对后道封装的匠心级别的考量。“目前我们用在服务器和数据中心的产品在封装方面上量最大的还是TO封装，以TO247和TO220传统插件封装为代表。现在我们也在往一些表贴化封装方向发展，另外我们还有DFN 8×8和5×6这种形式，可以降低我们器件产品的寄生电感，有利于提高客户的功率密度和效率。表贴式封装适用于更高端和更高功率密度的电源管理器件，这种形式的体积也相对更优，生产也更容易，可以机械化大规模生产，相比之下，TO封装则需要人工参与”。有关这一点，王彬对集微网做了详细地阐述。
未来大型数据中心供电系统面临变革，尚阳通保持战略定力
电源能效和可靠性可能是数据中心行业最重要的议题。王彬指出：“从电网到传统的AC-UPS，再到服务器电源和后端的板上电源，最终到CPU这样的一个供电链条，整体的效率加合在一起，估计有50%-70%的能效可以真正到达CPU端，换言之，大约30%-50%的能耗是损耗在中间电路上的，这是业界一直在希望数据中心可以做优化和解决的。”目前，国内数据中心内应用最广的不间断电源还是传统UPS，它主要由整流AC-DC、逆变DC-AC和静态旁路三部分电路组成。面对传统UPS效率低、可靠性差、灵活性和扩展性差的问题，很多国内外大型互联网公司正在不断探索分布式不间断电源系统。那么，未来数据中心供电发展布局的变革会对服务器和数据中心的功率半导体器件性能需求产生哪些影响？对此，王彬分析：“影响会有一些，但这种变化不会对数据中心的电源管理器件的需求产生非常本质的差异。很多大型互联网公司在不间断电源和服务器中间的AC端做耦合，比如阿里采用了将高压配电柜、变压器、HVDC等设备高度集成化，搭建了DCUPS他们称之为‘巴拿马’系统，化繁为简，在系统架构和占地空间上做了优化，整体上对功率器件的需求并没有本质的差异；另一点，很多数据中心客户也在优化散热方式，采用了液冷等等，虽然供电系统的架构在变化，但对功率半导体的性能包括用量，都不会有非常突出的区别”。
如果说算力正成为我国在新发展格局下衡量经济状况的“晴雨表”，那么电力的供应则是算力背后的血液和骨骼，相应地，高效能、低功耗、智能化的电源管理解决方案则精确指示着血液和骨骼的健康度。服务器和数据中心的能耗管理和数据安全牵扯到很多诸如“双碳”、大数据安全等国家级的顶层设计，因而，尚阳通在此细分市场的布局慎重稳健，步步为营，久久为功。王彬透露：“目前我们公司在服务器和数据中心领域的布局，无论从研发还是营收上都占了公司的很高比例，对这样一个和数据信息紧密相关的产业，我们付出了很多精力，也是积极响应国家的‘双碳’号召的一种体现。”在算力基础设施越来越变成公共服务的大趋势下，可以预见，尚阳通在数据中心功率半导体的研发和布局天地无限广阔，未来大有作为。
